苯乙烯(St)、丙烯酸正丁酯(n-BA)复合乳液聚合

高分子化学实验报告

09高分子（1）班

实验六苯乙烯(St)、丙烯酸正丁酯(n-BA)

复合乳液聚合

一、实验目的

1. 通过苯乙烯(St) 、丙烯酸正丁酯(n-BA)复合乳液聚合，了解复合乳液聚合的特点，比较一般乳液聚合、种子乳液聚合和复合乳液聚合的优缺点。

2. 掌握制备核/壳结构复合聚合物乳液的方法和对聚合物进行改性的方法和途径。

二、实验原理

合成复合聚合物乳液的方法实际上是种子乳液聚合(或称多阶段乳液聚合)，即首先通过一般乳液聚合制备第一单体的聚合物乳液做为种子乳液(核聚合)，然后在种子乳液存在下，加入第二单体(或几种单体的混合物)继续聚合(壳聚合)，这样就形成了以第一单体的聚合物为核，第二单体的聚合物为壳的核/壳结构的崐复合聚合物乳液——乳胶型互为贯穿聚合物网络，复合乳液聚合与种子乳液聚合的差别在于前者是采用不同种单体，而后者采用同种单体。

如果以苯乙烯(St) 为主单体，同时加入少量的丙烯酸(AA) 单体进行核聚合，而以丙烯酸正丁酯(n-BA)为单体，同时加入少量的丙烯酸(AA) 单体进行壳聚合，即得到以聚苯乙烯(PS)为核、聚丙烯酸正丁酯(Pn-BA) 为壳的核/壳结构的复合聚合物乳液。

在第一阶段聚合中合成的聚苯乙烯(PS) 乳胶粒作为种子，再加入第二单体丙烯酸正丁酯(n-BA)、引发剂过硫酸钾(KPS)和少量乳化

剂进行第二阶段乳液聚合时，此时的聚合机理按接枝涂层理论机理进行。即单体n-BA 富集在种子乳胶粒PS 的周围，PS 乳胶粒成为n-BA 单体聚合的主要场所，所生成的聚合物Pn-BA 富集在PS 的周围而形成以PS 为核，Pn-BA为壳的核/壳结构聚合物，且核壳之间存在着PS-Pn-BA 接枝共聚物，理想情况下不生成新的乳胶粒。由于在聚合过程中形成了少量的PS-Pn-BA 接枝共聚物使得核/壳结构的复合聚

合物的性能优于任何一种均聚物PS 或Pn-BA 和PS-Pn-BA 无规共聚物的性能。如耐水性能、耐溶剂性能、软化点、弹性和机械强度等均有大幅度提高。特别是用于外墙涂料的基料，其最低成膜温度(FMT)、玻璃化温度(Tg)低、附着力好、耐水性能好、光泽度高、大大改善了夏季回粘性，从而提高了涂料的性能并延长了施工期。由此可见，制备复合聚合物是对聚合物改性的一种方法。

三、实验仪器及试剂

三口瓶，回流冷凝管，滴液漏斗，温度计，电动搅拌器，移液管，恒温水浴，量筒，烧杯

苯乙烯，碳酸氢钠，丙烯酸正丁酯，邻苯二甲酸二丁酯，丙烯酸，壬基酚聚氧乙烯基醚OP-10)，过硫酸钾，十二烷基硫酸钠(SDS)

四、实验步骤

<一>、单体预乳化

步骤现象分析

种

类

核单体预乳化1、在装有搅拌器、回流冷

凝管和温度计的250 ml

三口磨口烧瓶中加入去离

子水45 ml，乳化剂十二烷

基硫酸钠(SDS) 0.2g、壬基

酚聚氧乙烯基醚(OP-10)

1.0g。水浴加热50~60℃，

搅拌，使其溶解；

两种乳化剂

都为白色晶

体，在加热的

水溶液中溶

解后，溶液呈

无色澄清的

透明溶液；

SDS和OP10都为乳化

剂，但SDS的乳化性

能好，稳定性差；而

OP10的乳化性能差，

稳定性好，所以两者

混用；

2、当乳化剂完全溶解后加

入核单体(20 ml苯乙烯和

0.8 ml 丙烯酸)，使单体乳

化30~40 min。倾倒出已预

乳化的核单体备用。

加入单体后，

溶液变成乳

白色，随单体

的加多，乳白

色加深，几乎

变成白色；

为了让单体充分乳

化，在加单体时，要

慢慢的滴加，使得乳

化得到的颗粒较小；

核单体预乳化1、在装有搅拌器、回流冷

凝管和温度计的250 ml

三口磨口烧瓶中加入去离

子水15 ml，乳化剂十二烷

基硫酸钠(SDS) 0.06 g、壬

基酚聚氧乙烯基醚

(OP-10)0.2g。水浴加热至

50~60℃，搅拌，

两种乳化剂

都为白色晶

体，在加热的

水溶液中溶

解后，溶液呈

无色澄清的

透明溶液；

SDS和OP10都为乳化

剂，但SDS的乳化性

能好，稳定性差；而

OP10的乳化性能差，

稳定性好，所以两者

混用；

2、当乳化剂完全溶解后加入壳单体(6.5ml丙烯酸正丁酯和0.3ml丙烯酸)，使单体乳化30~40 min。倒出已预乳化的壳单体用。加入单体后，

溶液变成乳

白色，随单体

的加多，乳白

色几乎变成

白色；

a、单体要慢慢滴加，

b、为了让壳单体的

乳胶粒能更好地和

核胶粒融合，所以加

了少量的丙烯酸，露

在（指向）外面的强

极性的羧基能更好

地和磺酸根溶在一

起，从而让壳单体很

好的包裹在核的表

面；

<二>、种子乳液聚合(核聚合)

步骤现象分析

1、在上述装置中加入引发剂溶液8 ml(称取0.4g 过硫酸钾溶于20 ml去离子水中，配制成2.0%的引发剂溶液，供两组使用)，将已乳化的核单体倒入滴液漏斗中。过硫酸钾为白色晶体，

加入水后在搅拌的情

况下迅速溶解，溶液呈

无色；

为了让得到的种子

较小，我们把预乳化

的单体加入到引发

剂中，使得引发剂迅

速进入乳化的胶粒

中进行反应，并很快

终止，使得胶粒之间

不会因碰撞而长大；